Giáo án Định luật bảo toàn cơ năng

I. Mục tiêu Về kiến thức Phát biểu được định nghĩa cơ năng của vật. Biết cách thiết lập được định luật bảo toàn cơ năng trong hai trường hợp: khi vật ở trong trường trọng lực, khi vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. Biết cách tính công của lực không phải là lực thế. Về kĩ năng Biết cách xác định khi nào cơ năng bảo toàn. Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng để giải bài tập. Vận dụng kiến thức vào thực tiễn cuộc sống. II. Chuẩn bị Giáo viên Dụng cụ thí nghiệm con lắc đơn, con lắc lò xo, vật rơi tự do (nếu có). Các hình vẽ mô tả trong bài. Học sinh Xem lại định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng đã học ở lớp 8 THCS. Ôn lại kiến thức về động năng, thế năng, công của trọng lực, công của lực đàn hồi, lực thế. III. Hoạt động dạy học Ổn định lớp (1ph): Kiểm tra sỉ số, tác phong của học sinh. Kiểm tra bài cũ (5ph): Câu 1: Phát biểu định nghĩa và viết biểu thức của động năng. Nêu định lý động năng. Đáp án: Động năng của một vật là năng lượng do vật chuyển động mà có. Động năng có giá trị bằng một nửa tích khối lượng và bình phương vận tốc của vật. Biểu thức: Wđ = 12mv2. Định lý động năng: độ biến thiên động năng của một vật bằng tổng công của ngoại lực tác dụng lên vật. Câu 2: Phát biểu định nghĩa và viết biểu thức của thế năng trọng trường, thế năng đàn hồi. Đáp án: Thế năng là năng lượng của một hệ có được do tương tác giữa các vật trong hệ, phụ thuộc vào vị trí tương đối của vật so với mặt đất, hoặc phụ thuộc độ biến dạng của vật so với trạng thái chưa biến dạng. Biểu thức: Thế năng trọng trường: Wt = mgz. Thế năng đàn hồi: Wđh = 12kx2. Câu 3: Lực thế là gì? Đáp án: Lực thế là lực mà công của nó không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi, mà chỉ phụ thuộc vào điểm đầu, điểm cuối. Tiến trình dạy học

Sư phạm Vật Lý K35 Giáo án Vật lý 10 nâng cao Bài 37: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG Sinh viên : Lê Tư Lệnh Lớp : Sư phạm Vật Lý K35 Tổ :2 - - I Mục tiêu Về kiến thức - Phát biểu định nghĩa vật Biết cách thiết lập định luật bảo toàn hai trường hợp: vật trường trọng lực, vật chịu tác dụng lực đàn hồi - Biết cách tính cơng lực lực Về kĩ - Biết cách xác định bảo toàn - Vận dụng định luật bảo toàn để giải tập - Vận dụng kiến thức vào thực tiễn sống II Chuẩn bị Giáo viên - Dụng cụ thí nghiệm lắc đơn, lắc lò xo, vật rơi tự (nếu có) - Các hình vẽ mơ tả Học sinh - Xem lại định luật bảo tồn chuyển hóa lượng học lớp THCS Ôn lại kiến thức động năng, năng, công trọng lực, công lực đàn hồi, lực III Hoạt động dạy học Ổn định lớp (1ph): Kiểm tra sỉ số, tác phong học sinh Kiểm tra cũ (5ph): Câu 1: Phát biểu định nghĩa viết biểu thức động Nêu định lý động Đáp án: Động vật lượng vật chuyển động mà có Động có giá trị nửa tích khối lượng bình phương vận tốc vật Biểu thức: Wđ = mv2 Định lý động năng: độ biến thiên động vật tổng công ngoại lực tác dụng lên vật Câu 2: Phát biểu định nghĩa viết biểu thức trọng trường, đàn hồi Sinh viên: Lê Tư Lệnh Sư phạm Vật Lý K35 Giáo án Vật lý 10 nâng cao Đáp án: Thế năng lượng hệ có tương tác vật hệ, phụ thuộc vào vị trí tương đối vật so với mặt đất, phụ thuộc độ biến dạng vật so với trạng thái chưa biến dạng Biểu thức: Thế trọng trường: Wt = mgz Thế đàn hồi: Wđh = kx2 Câu 3: Lực gì? Đáp án: Lực lực mà cơng khơng phụ thuộc vào hình dạng đường đi, mà phụ thuộc vào điểm đầu, điểm cuối Tiến trình dạy học Thời Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh gian 2ph Hoạt động 1: Đặt vấn đề vào (Đưa vấn đề định hướng tư cho học sinh mới) Hãy quan sát chuyển động lắc đơn gồm vật nhỏ khối lượng m treo đầu sợi dây không dãn chiều dài l, đầu dây giữ cố định Đưa vật lên độ cao xác định, thả cho vật chuyển động tự Bỏ qua ma sát Ta thấy vật qua vị trí cân bằng, tiếp tục lên chậm dần dừng lại độ cao độ cao ban đầu Sau vật xuống qua vị trí cân bằng, tiếp tục lên Quá trình lặp lại Trong trình chuyển động, động vật trọng trường liên tiếp thay đổi Chúng ta xem xét có mối quan hệ độ biến thiên hai dạng lượng 20p Hoạt động 2: Thiết lập định luật bảo toàn h Cho học sinh quan sát thí nghiệm vật rơi, thí nghiệm lắc xo (nếu có) a) Trường hợp trọng lực - Nghe quan sát Sinh viên: Lê Tư Lệnh Sư phạm Vật Lý K35 z zA v zB vv O 2 Giáo án Vật lý 10 nâng cao Xét vật có khối lượng m Vật rơi tự (chỉ chịu tác dụng trọng lực) + Tại A: Wđ1 = mv1 , Wt1 = mgz1 + Tại B: Wđ2 = mv2 , Wt2 = mgz2 - Công trọng lực: A12 = Wđ2 – Wđ1 = mv22 - mv12 rơi tự do, vật qua vị trí A,B độ cao z1, z2 với vận tốc v1, v2 Chọn gốc mặt đất Hãy viết biểu thức tính động vật hai vị trí A, B A12 = Wt1 – Wt2 = mgz1 - mgz2 Khi đó: Wđ2 – Wđ1 = Wt1 – Wt2 => Wđ2 + Wt2 = Wđ1 + Wt1 Vậy Cơ vị trí vị trí - Ghi nhận Công trọng lực thực từ A đến B tính nào? + Định lý động + Độ giảm Từ biểu thức em rút điều gì? Tổng động năng vật Biểu thức: W = Wđ + Wt Có nhận xét biểu thức cuối không? Chốt lại: Nội dung định luật bảo -Giá trị động tăng bao tồn năng: “Trong q trình chuyển nhiêu giảm động, vật chịu tác dụng nhiêu ngược lại Sinh viên: Lê Tư Lệnh Sư phạm Vật Lý K35 Giáo án Vật lý 10 nâng cao trọng lực, động chuyển thành ngược lại, tổng chúng tức vật bảo tồn (khơng đổi theo thời gian).” - Biểu thức: mv12 + mgz1 = mv22 + mgz2 -Chọn gốc mặt đất W1 = Wđ1 + Wt1 = + mgh W2 = Wđ2 + Wt2 = mv2 + Hệ kín: W1 = W2  mgh = mv2 => v = - Ghi chép Vật rơi tự trọng trường, động vật thay đổi vật bảo toàn Cơ vật biểu diễn qua đồ thị Hình 37.3 SGK trang 172 Các em quan sát đồ thị, cho biết giá trị động vật thay đổi nào? - Làm câu C1 SGK trang 173 - Vật vị trí biên phải: Wđ = 0, Wđh cực đại Vật qua vị trí cân bằng: Wđ cực đại, Wđh = b Trường hợp lực đàn hồi Vật vị trí biên trái: Quan sát ví dụ lắc lò xo học Wđ = 0, Wđh cực đại trước Dưới tác dụng lực đàn hồi, vật gắn đầu lo xo thực dao Ghi động quanh vị trí cân Ở tiết trước, ta biết lực đàn hồi lực thế, ta lập luận tương tự với trường hợp trọng lực để suy định luật bảo toàn - Biểu thức: W = Wđ + Wđh = mv2 + kx2 = const Trong trình chuyển động, động vật tăng đàn hồi vật giảm ngược lại, vật ln bảo tồn Sinh viên: Lê Tư Lệnh Sư phạm Vật Lý K35 Giáo án Vật lý 10 nâng cao Định luật bảo toàn biểu diễn qua đồ thị Hình 37.4b SGK trang 173 Các em quan sát đồ thị cho nhận xét 8ph - c Định luật bảo toàn tổng quát Lập luận tương tự với vật chuyển động trường lực Nội dung định luật bảo toàn tổng quát: “Cơ vật chịu tác dụng lực ln bảo tồn.” Hoạt động 3: Tìm hiểu định lý biến thiên Công lực lực Trong thực tế, chịu tác dụng - Cơ vật không bảo lực thế, vật chịu tác dụng lực tồn khơng (lực ma sát), vật lúc nào? - Alực không + Alực Vật chịu tác dụng lực lực = Wđ2 – Wđ1 không Công ngoại lực tác dụng lên vật tính nào? - Alực = Wt1 – Wt2 Cơng lực tính nào? - Hãy tính cơng lực khơng – Alực = (Wđ2 + Wt2) – (Wđ1 + Wt1) = W2 – W1 - Ghi nhận Chốt lại: Khi ngồi lực thế, vật chịu tác dụng lực khơng thế, vật khơng bảo tồn, công lực độ biến thiên vật Alực không = W2 – W1 Hoạt động 4: Bài tập vận dụng Định hướng giáo viên: - Vật chịu lực tác dụng nào? - Vật chịu tác dụng trọng - 6ph - Alực không = Wđ2 –Wđ1 Sinh viên: Lê Tư Lệnh Sư phạm Vật Lý K35 Giáo án Vật lý 10 nâng cao Trong lực sinh cơng, lực lực P lực căng dây T Trọng không sinh công? lực sinh công, lực căng dây không sinh cơng - Lực sinh cơng có phải lực - Trọng lực lực khơng? - Có thể áp dụng định luật bảo - Có thể áp dụng định luật để giải tồn tốn? Tại sao? - Chọn O làm gốc - Cơ vật A: WA=WđA+WtA=0+mgl(1– cosα) = mgl(1 – cosα) - Cơ vật O: WO = WđC+WtC = mv2 + = mv2 - Áp dụng định luật bảo toàn năng: WA = WO  mv2 = mgl(1 – cosα) - Vận tốc vật điểm thấp O là: v = 3ph - Thơng báo: Nếu muốn tìm lực căng dây treo lắc phải áp dụng định luật II Newton Cho nên phương pháp dung định luật bảo tồn đơn giản khơng thể thay hồn toàn phương pháp động lực học Hai phương pháp bổ sung cho Hoạt động 5: Củng cố kiến thức giao tập nhà cho học sinh - Nhắc lại công thức định luật bảo toàn trường hợp: + Trường hợp trọng lực: mv12 + mgz1 = mv22 + mgz2 + Trường hợp lực đàn hồi: W = Wđ + Wđh = mv2 + kx2 = const - Công lực không thế: Alực không = W2 – W1 - Yêu cầu học sinh nhà học bài, trả lời câu hỏi làm tập - Ghi câu hỏi tập nhà SGK - Yêu cầu học sinh chuẩn bị cho sau Sinh viên: Lê Tư Lệnh Sư phạm Vật Lý K35 Giáo án Vật lý 10 nâng cao - Ghi lại chuẩn bị cho sau IV Nội dung ghi bảng Bài 37: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG Thiết lập định luật z z A v z1 B 1v O v 2 Trường hợp trọng lực - Xét vật khối lượng m rơi tự do: + Qua A: z1, v1 + Qua B: z2, v2 - Công trọng lực thực hiện: Áp dụng định lí động năng: A12 = Wđ2 – Wđ1 = mv22 - mv12 (1) - Độ giảm vật trọng trường: A12 = Wt1 – Wt2 = mgz1 – mgz2 (2) - Từ (1) (2), ta được: Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2  W = Wđ + Wt = const Định luật bảo tồn năng: “Trong q trình chuyển động, vật chịu tác dụng trọng lực, động chuyển thành ngược lại, tổng chúng, tức vật, bảo tồn (khơng đổi theo thời gian) a mv12 + mgz1 = mv22 +mgz2 b Trường hợp lực đàn hồi Tương tự trường hợp trọng lực ta suy định luật bảo toàn năng: W = Wđ + Wđh = mv2 + kx2 = số Sinh viên: Lê Tư Lệnh Sư phạm Vật Lý K35 Giáo án Vật lý 10 nâng cao Định luật bảo toàn tổng quát Cơ vật chịu tác dụng lực bảo tồn Biến thiên Cơng lực lực Alực không + Alực = Wđ2 – Wđ1 Alực = Wt1 – Wt2  Alực không = Wđ2 – Wđ1 - Alực = (Wđ2 + Wt2) – (Wđ1 + Wt1) = W2 – W1 Khi ngồi lực vật chịu tác dụng lực lực thế, vật khơng bảo tồn cơng lực độ biến thiên vật Alực không = W2 – W1 = ∆W Bài tập vận dụng c I α BO A Tóm tắt: Con lắc khối lượng m Dây dài l, không dãn, hợp với phương thẳng đứng góc α Tìm vận tốc lắc điểm thấp Giải: - Chọn O làm mốc - HO = h = l(1 – cosα) Tại A: Wt = mgl(1 – cosα); Wđ = Tại O: Wt = 0; Wđ = mv22 Áp dụng định luật bảo toàn năng:  mv22 = mgl(1 – cosα) v= Sinh viên: Lê Tư Lệnh Sư phạm Vật Lý K35 Sinh viên: Lê Tư Lệnh Giáo án Vật lý 10 nâng cao ... ta suy định luật bảo tồn năng: W = Wđ + Wđh = mv2 + kx2 = số Sinh viên: Lê Tư Lệnh Sư phạm Vật Lý K35 Giáo án Vật lý 10 nâng cao Định luật bảo toàn tổng quát Cơ vật chịu tác dụng lực ln bảo tồn... dây khơng sinh cơng - Lực sinh cơng có phải lực - Trọng lực lực không? - Có thể áp dụng định luật bảo - Có thể áp dụng định luật để giải toàn toán? Tại sao? - Chọn O làm gốc - Cơ vật A: WA=WđA+WtA=0+mgl(1–... dung định luật bảo tồn tổng quát: Cơ vật chịu tác dụng lực ln bảo tồn.” Hoạt động 3: Tìm hiểu định lý biến thiên Cơng lực khơng phải lực Trong thực tế, ngồi chịu tác dụng - Cơ vật không bảo lực